بررسی حالات پنج گانه ماده و تحلیلی بر چیستی حالات تازه آن

تا کنون با سه شکل ماده آشنا شده اید: گاز, مایع و جامد.
ولی اینها تمام حالات ماده نیستند. اشکال ماده به طور کلی عبارتند از :جامد ,مایع ,گاز ,پلاسما و ماده چگال بونز -انیشتین- و حالت تازه کشف شده یعنی ماده چگال فرمیونی.
همه مردم خصوصیات حالات معمولی مواد روی زمین را می شناسند.
مواد جامد در برابر تغییر شکل مقاومت می کنند و آنها سفت و شکننده هستند. مایعات جاری می شوند و به سختی متراکم می گردند و شکل ظرف خود را می گیرند.
گاز ها کم چگالترند و ساده تر متراکم می شوند و نه تنها شکل ظرف خود را می گیرند بلکه آنقدر منبسط می شوند تا ظرف را کاملا پر کنند.
حالت چهارم ماده پلاسما ,شبیه گاز است و از اتمهایی تشکیل شده است که تمام یا تعدادی از الکترون های خود را از دست داده اند (یونیده شده اند).
بیشتر مواد جهان در حالت پلاسما هستند مانند خورشید که از پلاسما تشکیل شده است. پلاسما اغلب بسیار گرم است و می توان آن را در میدان مغناطیسی به دام انداخت.
حالت پنجم با نام ماده چگال بوز -انیشتین- که در سال ۱۹۹۵ کشف شد در اثر سرد شدن ذراتی به نام بوزون ها تا دماهای بسیار پایین پدید می آید. بوزون های سرد در هم فرو می روند و ابر ذره ای که رفتاری بیشتر شبیه یک موج دارد ,تا ذره ای معمولی شکل می گیرد. ماده چگال بوز-انیشتین-شکننده است و سرعت عبور نور در آن بسیار کم است.
حالت تازه هم ماده چگال فرمیونی است. دبورا جین و گروهش موفق به کشف این شکل تازه ماده شده اند. آنها این ماده تازه را با سرد کردن ابری از پانصدهزار اتم پتاسیم ۴۰ تا دمایی کمتر از یک میلیونیوم درجه بالاتر از صفر مطلق پدید آوردند.
این اتمها در چنین دمایی بدون گران روی جریان می یابند و این نشانه ی ظهور ماده ای جدید بود.
ماده چگال فرمیونی بسیار شبیه به ماده چگال بوز BECاست. ذرات بنیادی و اتمها در طبیعت می توانند به شکل بوزون یا فرمیون باشند. یکی از تفاوتهای اساسی میان آنها حالتهای کوانتومی مجاز برای ذرات است. مثلا انرژی ,اسپین و ...آنها یکی باشد. اما طبق اصل طرد پائولی دو فرمیون نمی توانند همزمان حالتهای کوانتومی یکسان داشته باشند.
بنابر این اگر فرمیونها را سرد کنیم و انرژی آنها را بگیریم ابتدا پایینترین تراز انرژی پر می شود اما ذره بعدی باید به تراز یا انرژی بالاتر برود.
وجود ماده چگال این دو ماده شبیه به هم گزارش شده است. هر دو ماده از فرو رفتن اتمها در دماهای بسیار پایین ساخته می شوند .اتمهای BEC بوزون اند و اتمهای ماده چگال فرمیونی ,فرمیون.
بوزون ها همگی می توانند در یک تراز انرژی قرار گیرند. به طور کلی اگر مجموع تعداد الکترونها و پروتونها و نوترونهای یک اتم عددی زوج باشد آن اتم یک بوزون است.
اما فرمیونها مطابق اصل طرد پائولی نمی توانند در یک حالت کوانتومی درهم ادغام شوند. هر اتمی که تعداد الکترون ها + پروتونها + نوترونهایش عددی فرد باشد مثل پتاسیم ۴۰ یک فرمیون است.
میدان مغناطیسی سبب می شود فرمیونها تنها جفت شوند. قدرت این پیوند را میدان مغناطیسی تعیین می کند. جفت های اتمهای پتاسیم برخی از خواص فرمیونیشان را حفظ می کنند ولی کمی شبیه بوزون ها عمل خواهند کرد.
در اثر پدیده گران روی ماده بوجود آمده, باید بسیار کم باشد. مشابه این پدیده را در ابر رسانایی می بینیم. در یک ابررسانا جفت های الکترون می توانند بدون هیچ مقاومتی جریان یابند .
متاسفانه مطالعه و دسترسی به ابررساناها بسیار مشکل است. گرمترین ابررسانای امروزی در دمای ۱۳۵ درجه سانتی گراد عمل می کند و این بزرگترین مشکل برای مطالعه و استفاده از آنهاست. قدرت جفت شدن شگفت انگیز در حالت جدید, دانشمندان را امیدوار کرده است که بتوانند از یافته های خود درباره حالت تازه ماده برای تولید ابر رساناها در دمای اتاق استفاده کنند.
ابررساناها کاربردهای فراوانی در علوم و فنآوری فضایی دارند. برای مثال ژیروسکوپ هایی که برای هدایت فضا پیماها در مدار استفاده می شوند با آهنرباهای ابر رسانای بسیار دقیق تر کار می کنند. همچنین چون ابر رساناها می توانند حامل جریان های بیشتر در اندازه های کوچکتری نسبت به یک سیم مسی باشند حجم موتور هایی که از آنها ساخته می شود ۴ تا ۶ برابر کوچکتر از موتور های امروزی فضا پیماها خواهد بود.
کاملیا صارمی :: kamelia_۱۹۸۴@yahoo.com

منبع : سازمان آموزش و پرورش استان خراسان